Laadimis- ja tühjenemistsüklite arvu suurenedes jätkab aku mahutavuse vähenemist. Kui võimsus väheneb 75–80%-ni nimivõimsusest, loetakse liitiumioonaku rikkeseisundiks. Tühjenemiskiirus, aku temperatuuri tõus ja ümbritseva õhu temperatuur mõjutavad liitiumioonakude tühjenemisvõimet rohkem.

See artikkel võtab vastu aku konstantse pinge ja konstantse voolu laadimise ja konstantse voolu tühjenemise laadimis- ja tühjendamise kriteeriumid. Muutujatena kasutatakse järjestikku tühjenemiskiirust, aku tühjenemistemperatuuri tõusu ja ümbritseva õhu temperatuuri ning kvantitatiivselt tehakse tsüklilisi katseid ning tühjenemiskiirust ja aku tühjenemistemperatuuri analüüsitakse erinevate katoodmaterjalide all. Temperatuuri, ümbritseva õhu temperatuuri ja tsükliaegade mõju liitiumioonakude tühjenemisvõimele.

1. Aku põhiline katseprogramm

Positiivsed ja negatiivsed materjalid on erinevad ning tsükli eluiga on väga erinev, mis mõjutab aku mahtuvusomadusi. Liitiumraudfosfaati (LFP) ja nikkel-koobalt-mangaani kolmekomponentseid materjale (NMC) kasutatakse laialdaselt liitium-ioonakude katoodmaterjalidena, millel on nende ainulaadsed eelised. Tabelist 1 on näha, et NMC aku nimivõimsus, nimipinge ja tühjenemise kiirus on suuremad kui LFP aku omad.

LFP ja NMC liitiumioonakusid laadige ja tühjendage teatud konstantse voolu ja konstantse pinge laadimise ja konstantse voolu tühjenemise reeglite järgi ning registreerige laadimise ja tühjenemise katkestuspinge, tühjenemiskiirus, aku temperatuuri tõus, katsetemperatuur ja aku mahtuvuse muutused. laadimis- ja tühjendusprotsessi ajal Seisund.

2. Tühjenemiskiiruse mõju tühjenemisvõimsusele Kinnitage temperatuur ning laadimise ja tühjenemise reeglid ning tühjendage LFP aku ja NMC aku konstantse vooluga vastavalt erinevatele tühjenemiskiirustele.

Reguleerige temperatuuri vastavalt: 35, 25, 10, 5, -5, -15°C. Jooniselt 1 on näha, et samal temperatuuril, suurendades tühjenemiskiirust, näitab LFP aku üldine tühjenemisvõime langustrendi. Sama tühjenemiskiiruse korral mõjutavad madala temperatuuri muutused LFP akude tühjenemisvõimet rohkem.

Kui temperatuur langeb alla 0 ℃, väheneb tühjendusvõimsus tõsiselt ja võimsus on pöördumatu. Väärib märkimist, et LFP akud süvendavad tühjenemisvõimsuse nõrgenemist madala temperatuuri ja suure tühjenemiskiiruse kahekordsel mõjul. Võrreldes LFP akudega on NMC akud temperatuuri suhtes tundlikumad ning nende tühjenemisvõime muutub oluliselt sõltuvalt ümbritsevast temperatuurist ja tühjenemiskiirusest.

Jooniselt 2 on näha, et samal temperatuuril näitab NMC aku üldine tühjenemisvõime esmalt lagunemist ja seejärel tõusu. Sama tühjenduskiiruse korral, mida madalam on temperatuur, seda väiksem on tühjendusvõimsus.

Tühjendamiskiiruse suurenemisega väheneb liitium-ioonakude tühjendusvõimsus jätkuvalt. Põhjus on selles, et tõsise polarisatsiooni tõttu langeb tühjenduspinge eelnevalt tühjenemise katkestuspingele, st tühjendusaeg lüheneb, tühjenemine on ebapiisav ja negatiivne elektrood Li+ ei kuku maha. Manustatud täielikult. Kui aku tühjenemise määr on vahemikus 1.5 kuni 3.0, hakkab tühjenemisvõime näitama erineval määral taastumise märke. Reaktsiooni jätkudes tõuseb aku enda temperatuur märkimisväärselt tühjenemiskiiruse suurenemisega, Li+ soojusliikumisvõime tugevneb ja difusioonikiirus kiireneb, nii et Li+ eemaldamise kiirus kiireneb ja tühjendusvõimsus tõuseb. Võib järeldada, et suure tühjenemise kiiruse ja aku enda temperatuuri tõusu kahekordne mõju põhjustab aku mittemonotoonse nähtuse.

3. Aku temperatuuri tõusu mõju tühjenemisvõimsusele. NMC akudele tehakse vastavalt 2.0, 2.5, 3.0, 3.5, 4.0, 4.5 C tühjenemise katseid 30 ℃ juures ning liitiumioonaku tühjenemisvõimsuse ja temperatuuri tõusu vaheline seos on näidatud joonisel 3. Näidatud.

Jooniselt 3 on näha, et sama tühjendusvõimsuse korral, mida suurem on tühjenduskiirus, seda olulisem on temperatuuri tõus. Konstantse voolu tühjenemisprotsessi kolme perioodi analüüsimine sama tühjenemiskiiruse juures näitab, et temperatuuri tõus on peamiselt tühjenemise alg- ja hilises staadiumis.

Neljandaks, ümbritseva õhu temperatuuri mõju tühjendusvõimsusele Liitium-ioonakude parim töötemperatuur on 25–40 ℃. Tabeli 2 ja 3 võrdlusest on näha, et kui temperatuur on alla 5°C, tühjenevad kahte tüüpi akud kiiresti ja tühjenemisvõime väheneb oluliselt.

Pärast madala temperatuuri katset kõrge temperatuur taastati. Samal temperatuuril vähenes LFP aku tühjendusvõime 137.1 mAh ja NMC aku 47.8 mAh, kuid temperatuuri tõus ja tühjenemise aeg ei muutunud. On näha, et LFP-l on hea termiline stabiilsus ja see talub ainult madalat temperatuuri ning aku mahutavus on pöördumatult nõrgenenud; samas kui NMC akud on tundlikud temperatuurimuutuste suhtes.

Viiendaks, tsüklite arvu mõju tühjenemisvõimsusele Joonisel 4 on skemaatiline diagramm liitiumioonaku mahtuvuse vähenemise kõverast ja tühjenemisvõimsus 0.8Q juures registreeritakse aku rikkepunktina. Laadimis- ja tühjendustsüklite arvu suurenedes hakkab tühjendusvõimsus vähenema.

Laadimis-tühjenemise tsükli katse jaoks laaditi ja tühjendati 1600 mAh LFP akut temperatuuril 0.5 °C ja tühjaks 0.5 °C juures. Kokku tehti 600 tsüklit ja aku rikke kriteeriumina kasutati 80% aku mahust. Kasutage tühjendusvõimsuse ja võimsuse sumbumise suhtelise veaprotsendi analüüsimiseks intervallaegadena 100, nagu on näidatud joonisel 5.

2000 mAh NMC akut laaditi 1.0 C juures ja tühjendati 1.0 C juures laadimis-tühjenemise tsükli katse jaoks ning 80% aku mahust võeti aku mahuks selle eluea lõpus. Võtke esimesed 700 korda ja analüüsige tühjendusvõimsust ja suutlikkuse sumbumise suhtelist veaprotsenti, kasutades intervalliks 100, nagu on näidatud joonisel 6.

LFP aku ja NMC aku võimsus, kui tsüklite arv on 0, on nimivõimsus, kuid tavaliselt on tegelik võimsus nimivõimsusest väiksem, nii et pärast esimest 100 tsüklit väheneb tühjendusvõimsus tõsiselt. LFP akul on pikk tööiga, teoreetiline eluiga on 1,000 korda; NMC aku teoreetiline eluiga on 300 korda. Pärast sama arvu tsükleid väheneb NMC aku mahutavus kiiremini; kui tsüklite arv on 600, väheneb NMC aku võimsus rikkeläve lähedale.

6. järeldus

Liitium-ioonakude laadimis- ja tühjenemiskatsete kaudu kasutatakse muutujatena katoodi materjali viit parameetrit, tühjenemiskiirust, aku temperatuuri tõusu, ümbritseva õhu temperatuuri ja tsüklite arvu ning analüüsitakse seost võimsusega seotud karakteristikute ja erinevate mõjutegurite vahel, ja kokkuvõtteks saadakse järgmine:

(1) Aku nimitemperatuuri vahemikus soodustab sobiv kõrge temperatuur Li+ deinterkalatsiooni ja kinnitumist. Eriti tühjendusvõimsuse puhul on seda suurem, mida suurem on tühjenduskiirus, seda suurem on soojuse tekkekiirus ja seda ilmsem on elektrokeemiline reaktsioon liitiumioonaku sees.

(2) LFP aku on laadimise ja tühjenemise ajal hästi kohanemisvõimeline kõrge temperatuuri ja tühjenemiskiirusega; see talub halvasti madalat temperatuuri, tühjendusvõimsus väheneb tõsiselt ja seda ei saa pärast kuumutamist taastada.

(3) Sama laadimis- ja tühjendustsüklite arvu korral on LFP aku tsükkel pikk ja NMC aku võimsus väheneb kiiremini 80%-ni nimivõimsusest. (4) Võrreldes LFP akuga on NMC aku tühjendusvõimsus temperatuuri suhtes tundlikum ja suure tühjenemiskiiruse korral ei ole tühjendusvõimsus monotoonne ja temperatuuri tõus muutub oluliselt.